История интереса к феномену сверхмалых доз уже насчитывает более 30 лет. Ее начало было положено российскими исследователями во главе с Е.Б. Бурлаковой [1]. На конец 90-х годов в базе данных сайта Medline было опубликовано более 1200 источников [7]. При этом, были изучены основные классы фармакологических средств – от противовоспалительных препаратов до психотропных. Изучались также гормоны, вакцины и антиоксиданты. При, казалось бы, удачном старте исследований, в последнее время вновь снизился интерес к данной проблеме. По словам одних это, в лучшем случае, ятрогенное действие, в худшем – обман потребителя. И главной проблемой в противодействия такому отношению к использованию препаратов в сверхмалых дозах (СМД) является отсутствие возможности контроля за фармакокинетикой препаратов в СМД. И, конечно, отсутствие достаточно понятного объяснения механизма действия. Можно напомнить, что к 2014 году было предложено 15 гипотез механизма действия. Но ни одна не объясняет полностью эффекты СМД.
И, тем не менее, исследования в этой области, как и создание новых препаратов в СМД (с декабря 2017 года они будут называться релиз – активными препаратами) были признаны актуальными и перспективными [2].
Целью данной работы был анализ работ, посвященных поведению высокоразбавленных водных растворов и возможности воспользоваться данной информацией для обоснования биологических эффектов ксенобиотиков в СМД.
Наиболее яркими и глубокими статьями, по нашему мнению, являются статьи А.И. Коновалова (3), а также его сотрудников и учеников (5,6). Авторами был проанализирован процесс высокого разбавления растворов 60 соединений, в концентрациях 10-2 – 10-20М. При этом, растворы исследовались на физико - химические показатели: поверхностное натяжение, электропроводность и электрокинетический потенциал (ξ – потенциал). Было доказано, что вещества в сверхмалых дозах (концентрациях) образуют наноассоциаты [3.5-6]. Этот скрининг дал возможность разделить все соединения на две неодинаковой группы – 25% соединений вели себя как классические растворы, а вторая группа – 75%, соединения которых не вписывались в классические характеристики растворов. Возникает вопрос: а не является классическое поведение растворов соединений, обозначенных как «классические» результатом химических свойств данных соединений, например, гидрофильными свойствами данных соединений, а группа соединений, обозначенных как соединения с «неклассическим поведением» обладает гидрофобными свойствами? Для понимания биологических эффектов этот вопрос не очень важен, а в ключе поведения высокоразбавленных растворов и их физико- химических свойств, видимо, играет важную роль. С точки зрения физиологических исследований влияния релиз – активных препаратов (в нашем случае, высокоразбавленных растворов), изучение растворения соединений в воде не столь важно: дело в том, что препараты вводятся в организм экспериментальных животных и человека в физиологическом растворе, а не в водном растворе. Кроме того, физико-химические свойства высокоразбавленных растворов проводились в дистиллированной воде, а в организме любого животного, как и человека, дистиллированной воды нет. Даже если предположить, что «структурированная вода» (9) очень похожа на дистиллированную, но и это нужно доказать. Все высказанные сомнения не являются косвенным отрицанием высокого уровня работы, а лишь желанием понять возможность использования, как результатов исследования, так и методов и аппаратуры в биологических исследованиях.
Еще один серьезный вопрос. Было доказано [1], что существует коридор доз (10-8 – 10-12М), в котором ни один препарат не обладает активностью. А в статье (3) приводится концентрация соединений 10-6М вещества – поверхностное натяжение и электропроводность – в этой концентрации стабильны и близки к таковым у воды. Следовательно, эффективность растворенного вещества равна активности воды. Таким образом, можно предположить, что «мертвая зона – «dead zone» - начинается при концентрации вещества 10-6М, а не при концентрации вещества 10-8М. Однако, экспериментальные данные, в том числе и наши [4], показали, что «мертвая зона» наблюдается при концентрации вещества 10-8 – 10-12 М. Таким образом, возможно, что поверхностное натяжение не принимает участия в формировании ответа биологического объекта на низкие концентрации ксенобиотиков.
Принципиально важный вопрос, поднятый автором – образование наноассоциатов при последовательном разведении веществ до сверхмалых концентраций. Но главное, доказанный инструментально, феномен! Но и здесь возникают вопросы для обдумывания и обсуждения. Согласно полученным данным [3,5-6] при последовательном разведении образуются наноассоциаты веществ, последовательно растворенных. При этом, в зависимости от структуры вещества, наноассоциаты не разрушаются от 1 до 15 месяцев [5]. Это качество можно соизмерить со сроком годности препаратов. Ведь только в этом периоде возможна биологическая активность соединений. Данная характеристика важна, когда речь идет о стандартизации лекарственных препаратов.
Однако, более важным свойством, обозначающим не только эффективность и отношения данного вещества к определенному классу фармакологических соединений, является механизм действия данного препарата. На данное время известно не менее 15 гипотез о механизме действия. К сожалению, ни одна из гипотез не объясняет всех свойств соединений в сверхмалых дозах. С другой стороны, из-за размеров наноассоциатов и сверхмалой концентрации вещества, вопрос о воздействии их на рецепторы мембран, как и рецепторов других органоидов клетки, по-видимому, исключается – молекула рецептора настолько велика, как и сайт взаимодействия рецептора и лиганда несоизмерим по величине, что взаимодействие релиз - активных препаратов с ними невозможны. Следовательно, стандартная модель действия биологически – активных соединений и других лекарственных препаратов едва ли будет работать.
Все это говорит о том, что вектор действия релиз - активных препаратов возможен только в межклеточном веществе и цитоплазме органов – мишеней. Логика такого подхода в следующем: так как размеры наноассоциатов таковы, что они проникают без особых энергетических затрат (отсутствие активного транспорта вещества, отсутствие транспорта с помощью транспортных белков - например, альбуминов, транспортирующих жирные кислоты и, наконец, перенос через мембрану по типу К+-- Na+ - АТФаз – «К+-Na+- помпа») практически в любую точку клетки. Следовательно, воздействие релиз - активных препаратов через межклеточное вещество и цитоплазму должно иметь другую интерпретацию действия. При этом, скорее всего, поверхностное натяжение и электропроводность молекул не является основным фактором механизма действия через межклеточное вещество и цитоплазму. Возможно, эффект релиз – активных препаратов сводится к изменению энтальпических характеристик межклеточного вещества. И, как следствие, изменение пространственного строения мембранных рецепторов. А дальше их активация (ингибирование) и рецепторный ответ.
Вопрос о механизме действия вышеуказанных препаратов давно был в сфере наших интересов. Было проведено модельное исследование действие сапонина в разных малых и сверхмалых концентрациях [4]. Объектом исследования были эритроциты крови человека. Межклеточным веществом служила сыворотка той же крови. Кроме того, исследовано воздействие биологически-активных соединений в СМД на гемопоэтические стволовые клетки. Было доказано, что в отсутствии межклеточного вещества сапонины не действовали на клетки крови. Кроме того было подтверждено существование «мертвой зоны» в периоде концентраций 2,3*10-8 – 2,3*10-12М. Те же результаты были получены нами на гемопоэтических стволовых клетках.
Весь пафос статьи, анализ некоторых расхождений в понимании полученных данных академика А.И. Коновалова и его учеников, а также результатов фармакологов и биохимиков сводится к главной мысли – как использовать, а точнее, объединить полученные данные двух направлений в понимании как действуют релиз – активные препараты в разных сверхмалых концентрациях. И, как следствие, новое направление в фармакологии. Однако, это прекрасное будущее фармакологии – с высокой эффективностью, с синергизмом при совместном использовании СМД и обычными, средне – терапевтическими, дозами, но с полным отсутствием побочных эффектов от терапии. Для реализации этого будущего и нужны совместные исследования физико - химиков, фармакологов, токсикологов и т.д.
Что же может дать фармакологу знание таких характеристик как спектральные характеристики водных растворов биологически-активных веществ (БАВ), их электропроводность и ξ- потенциала, поверхностного натяжения молекул БАВ при высоком разведении растворов?
Во-первых, возможность образовывать наноассоциаты показывают, как и ξ- потенциал, так и электропроводность. Спектральные характеристики позволяют достоверно знать о чистоте фармакологического агента. Кроме того, знание других физико – химических характеристик позволяет промоделировать возможность взаимодействия БАВ (как и других препаратов) в СМД с самой мембраной клеток, как в контроле, так и при экспериментальной патологии. В наших предыдущих работах (10-12) мы показали, что нестероидные противовоспалительные препараты, интерлейкины и статины в СМД меняют количественный состав жирных кислот фосфолипидов мембран клеток сердца, печени и почек у крыс с экспериментальным миокардитом. Он также меняется и в межклеточном веществе и цитоплазме клеток, но иначе, чем в мембранах.
Эти результаты подтверждают, хотя и косвенно, что межклеточное вещество меняет количественный состав фосфолипидов мембран клеток, что приводит к изменению ответа клеток на действие лекарственных препаратов. Естественно, менялась и симптоматика экспериментального миокардита в сторону затухания воспалительного процесса.
Имея информацию о физико-химических характеристиках действующего вещества, можно обсуждать возможные механизмы действия препаратов в СМД. На наш взгляд, наиболее эффективным фактором, объясняющим эффективность релиз - активных веществ, является ξ- потенциал. А электропроводность, поверхностное натяжение может объяснить физико – химические свойства мембран.
Для стандартизации действия релиз - активных препаратов необходимо понять и правильно использовать термин «биоэффекты». Самым важным является понимание не самого эффекта (например, в статье [3] автор сравнивает биоэффекты с физико- химическими свойствами растворов. При этом не упоминаются, о каких конкретно биоэффектах идет речь, что именно меняется в ответ на воздействие растворов. А ведь очень важны количественные характеристики этих самых биоэффектов. Одно дело, если изучаются эффекты релиз – активных веществ на культуре клеток и совсем другое, когда они исследуются в организме животного! Один уровень значимости, когда мы говорим, что данное вещество сильнее действует на биообъект, а совсем другое, когда мы говорим, что оно эффективнее на Δ или n % (р ≤ 0,005). Безусловно, на каждое вещество необходима своя модель для определения биологической активности. Поэтому и необходимо стандартизовать объекты и методы определения биологической активности.
В своей статье А.И. Коновалов [3,6] поставил много вопросов для дальнейших исследований. Много загадок. Нам хотелось бы прибавить еще один вопрос, требующий изучения и разрешения. Мы изучали воздействие нанопрепаратов (фуллерены С60-80) в разных СМД на уровень жирных кислот в мембранах клеток разных органов – мишеней при экспериментальном миокардите [13]. Оказалось, что нанопрепараты активны в сверхмалых дозах и меняют количественный состав жирных кислот в фосфолипидах мембран. Вектор изменений подобен таковому при действии нестероидных противовоспалительных препаратов.
И возникают вопросы: действие нестероидных противовоспалительных препаратов в СМД и фуллеренов, в тех же концентрациях, имеют общий механизм действия? Как объяснить, что нанопрепараты действуют в сверхмалых дозах? Что является общим у этих, в общем-то, разных по химическому строению, ксенобиотиков, если в СМД они действуют по одному вектору? И возможен ли общий механизм действия у разных, по химическому строению, препаратов (и БАВ) при СМД после определенной концентрации (например, после 10-14М)?
Таким образом, анализ использования физико – химических методов для понимания как химических, так и биологических эффектов релиз – активных соединений приводит к следующим выводам
- Новые подходы в изучении релиз – активных соединений, используемые как в физико – химических, так и в биологических исследованиях требуют стандартизации - как по типу исследований, так и по биологической модели, используемой для конкретного типа соединений;
- Данные физико-химических исследований помогают в изучении не только механизма действия БАВ и лекарственных препаратов, но и в изучении поведения мембран при действии релиз - активных соединений.
Библиографическая ссылка
Денисов Ю.Д., Джайнакбаев Н.Т. СОПРЯЖЕННОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ С ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ РЕЛИЗ – АКТИВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ // Научное обозрение. Фундаментальные и прикладные исследования. – 2021. – № 1. ;URL: https://scientificreview.ru/ru/article/view?id=93 (дата обращения: 20.04.2024).